(57)【要約】【課題】採血した血液や生体のグルコース濃度を、試薬に頼らずに、医療現場で実際に使用できるような高い精度でリアルタイムに測定することができ、さらに、無侵襲で生体のグルコース濃度を高い精度で測定することができ、かつ、使い易い旋光度測定装置、測定システムおよびそれに用いることができる新規な偏光変換光学系とそれを用いた旋光度測定方法を提供する。【解決手段】光ファイバリング干渉計中に試料を挟んだ非相反偏光変換光学系を挿入し、非相反偏光変換光学系の入出力光ファイバには伝送部としての小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバに入出力部としての大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバをモード整合部を介して接続したものを用い、光ファイバ端面はレンズの焦点に置かずにデフォーカスにした構成を取り入れて課題を解決した。【選択図】図２０
2011145652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定装置であって、
前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面の少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの出力部レンズの焦点位置にないデフォーカスされた光ファイバ光学系を形成していることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記一方のシングルモード光ファイバの開口数（以下、ＮＡという）と前記他方のシングルモード光ファイバのＮＡの少なくとも一方が０．０７以下であることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズに近い位置にあることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズから離れた位置にあることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記シングルモード光ファイバの先端部と当該光ファイバの出力部レンズとが相互に固定されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間にファラデー回転素子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間に４分の１波長板及び偏光子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバが偏波面保存光ファイバであり、前記各光ファイバ先端部と試料の間に偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板が配置されており、前記双方の各偏波面保存光ファイバから同一の固有偏光モード（すなわち、出射偏光モード）の信号光が出射し、前記試料に前記試料の一方の入射側からは右円偏光又は左円偏光として入射し、前記試料の他方の入射側からは左円偏光又は右円偏光として入射して後、それぞれ光路上の偏波面保存光ファイバに前記出射偏光モードと等しい偏光モードで結合するように前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板の方位と偏波面保存光ファイバの固有偏光方位が設定されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記デフォーカスされた旋光度測定装置は前記試料と前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記偏波面保存光ファイバとでリング光干渉系のリング光路が構成され、前記リング光路を両方向に伝搬する光の前記試料に起因して生じる位相差を測定することによって前記試料の旋光度を測定することができることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記デフォーカスされた旋光度測定装置は、リング干渉計のリング光路に右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光を伝搬させ、リング干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光が同一の固有直線偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬させ、前記試料部分は互いに直交する円偏光状態でそれぞれ右回り信号光と左回り信号光を伝搬させるように構成されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
光路と直角方向に前記試料をスキャンできる機構を有することを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記試料が生体の一部であり、前記旋光度測定装置は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定するのに、前記信号光の位相差の検出手段の一部として、生体の脈拍または測定部位の厚みなどの当該生体の一部の寸法を周期的に変化させるように人為的に与えた信号と同期させて前記位相差を検出する手段を有していることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記試料が生体の一部であり、前記旋光度測定装置は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定する部分を挟む測定端子部を有するとともに前記光ファイバの前記先端部が前記測定端子部に保持されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズとの間の距離を変更することができるレンズ間距離調整手段を有することを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された一方の光ファイバと他方の光ファイバが同一種類の光ファイバであることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された光ファイバがいわゆるダブルクラッド型偏波面保存光ファイバであることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
前記モード整合部にコア拡大ファイバとコア縮小ファイバの少なくとも一方が用いられていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
信号光の光路において対向配置された前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと前記他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズの間の距離を３ｍｍより狭くしたことを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、
信号光の光路において前記試料を挟んで対向配置された前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板と前記出力部レンズとを光ファイバ端部に配置したデフォーカスされた光ファイバ光学系の双方が前記試料の信号光入射面の同一側にあるとともに前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記試料の間に４分の１波長板を配置したことを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置。
【請求項２１】
先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定システムに用いることができる光ファイバ光学系であって、
前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面の少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの出力部レンズの焦点位置にないことを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項２２】
請求項２１に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記一方のシングルモード光ファイバの開口数（以下、ＮＡという）と前記他方のシングルモード光ファイバのＮＡの少なくとも一方が０．０７以下であることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズに近い位置にあることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項２４】
請求項２１又は２３に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズから離れた位置にあることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項２５】
請求項２１〜２４のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記シングルモード光ファイバの先端部と当該光ファイバの出力部レンズとが相互に固定されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項２６】
請求項２１〜２５のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間にファラデー回転素子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項２７】
請求項２１〜２６のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間に４分の１波長板及び偏光子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項２８】
請求項２１〜２７のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバが偏波面保存光ファイバであり、前記各光ファイバ先端部と試料の間に偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板が配置されており、前記双方の各偏波面保存光ファイバから同一の固有偏光モード（すなわち、出射偏光モード）の信号光が出射し、前記試料に前記試料の一方の入射側からは右円偏光または左円偏光として入射し、前記試料の他方の入射側からは左円偏光または右円偏光として入射して後、それぞれ光路上の偏波面保存光ファイバに前記出射偏光モードと等しい偏光モードで結合するように前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板の方位と偏波面保存光ファイバの固有偏光方位が設定されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項２９】
請求項２１〜２８のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記デフォーカスされた光ファイバ光学系は、前記試料と前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記偏波面保存光ファイバとでリング光干渉系のリング光路を構成することができ、前記リング光路を両方向に伝搬する光の前記試料に起因して生じる位相差を測定することによって前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定システムの構成要素として用いることができることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項３０】
請求項２９に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記光ファイバ光学系は、リング干渉計のリング光路に右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光を伝搬させ、リング干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光が同一の固有直線偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬させ、前記試料部分は互いに直交する円偏光状態でそれぞれ右回り信号光と左回り信号光を伝搬させるように構成されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項３１】
請求項２１〜３０のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
光路と直角方向に前記試料をスキャンできる機構を有することを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項３２】
請求項２１〜３１のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記試料が生体の一部であり、前記旋光度測定装置は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定するのに、前記信号光の位相差の検出手段の一部として、生体の脈拍または測定部位の厚みなどの当該生体の一部の寸法を周期的に変化させるように人為的に与えた信号と同期させて前記位相差を検出する手段を有していることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項３３】
請求項２１〜３２のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記試料が生体の一部であり、前記光ファイバ光学系は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定する部分を挟む測定端子部を有するとともに前記光ファイバの前記先端部が前記測定端子部に保持されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項３４】
請求項２１〜３３のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズとの間の距離を変更することができるレンズ間距離調整手段を有することを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項３５】
請求項２１〜３４のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項３６】
請求項２１〜３５のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された一方の光ファイバと他方の光ファイバが同一種類の光ファイバであることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項３７】
請求項２１〜３６のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された光ファイバがいわゆるダブルクラッド型偏波面保存光ファイバであることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項３８】
請求項２１〜３７のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
前記モード整合部にコア拡大ファイバとコア縮小ファイバの少なくとも一方が用いられていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項３９】
請求項２１〜３８のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
信号光の光路において対向配置された前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと前記他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズの間の距離を３ｍｍより狭くしたことを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項４０】
請求項２１〜３９のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、
信号光の光路において前記試料を挟んで対向配置された前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板と前記出力部レンズとを光ファイバ端部に配置したデフォーカスされた光ファイバ光学系の双方が前記試料の信号光入射面の同一側にあるとともに前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記試料の間に４分の１波長板を配置したことを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項４１】
先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定する旋光度測定方法であって、
前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面の少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの出力部レンズの焦点位置にないデフォーカスされた光ファイバ光学系を形成していることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記一方のシングルモード光ファイバの開口数（以下、ＮＡという）と前記他方のシングルモード光ファイバのＮＡの少なくとも一方が０．０７以下であることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項４３】
請求項４１または４２に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズに近い位置にあることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項４４】
請求項４１又は４３に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズから離れた位置にあることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項４５】
請求項４１〜４４のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記シングルモード光ファイバの先端部と当該光ファイバの出力部レンズとが相互に固定されているシングルモード光ファイバを用いることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項４６】
請求項４１〜４５のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間にファラデー回転素子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項４７】
請求項４１〜４６のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間に４分の１波長板及び偏光子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項４８】
請求項４１〜４７のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバが偏波面保存光ファイバであり、前記各光ファイバ先端部と当該出力部レンズの間に偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板が配置されており、前記双方の各偏波面保存光ファイバから同一の固有偏光モード（すなわち、出射偏光モード）の信号光が出射し、前記試料に前記試料の一方の入射側からは右円偏光または左円偏光として入射し、前記試料の他方の入射側からは左円偏光または右円偏光として入射して後、それぞれ光路上の偏波面保存光ファイバに前記出射偏光モードと等しい偏光モードで結合するように前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板の方位と偏波面保存光ファイバの固有偏光方位が設定されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項４９】
請求項４１〜４８のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記デフォーカスされた旋光度測定系が前記試料と前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記偏波面保存光ファイバとでリング光干渉系のリングが構成され、前記リングを両方向に伝搬する光の前記試料に起因して生じる位相差を測定することによって前記試料の旋光度を測定することができるように構成されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項５０】
請求項４９に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記デフォーカスされた旋光度測定系が、リング干渉計のリング光路に右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光を伝搬させ、リング干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光が同一の固有直線偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬させ、前記試料部分は互いに直交する円偏光状態でそれぞれ右回り信号光と左回り信号光を伝搬させるように構成されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項５１】
請求項４１〜５０のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
光路と直角方向に前記試料をスキャンできる機構を用いることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項５２】
請求項４１〜５１のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記試料が生体の一部であり、前記旋光度測定方法は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定するのに、前記信号光の位相差の検出手段の一部として、生体の脈拍または測定部位の厚みなどの当該生体の一部の寸法を周期的に変化させるように人為的に与えた信号と同期させて前記位相差を検出する手段を用いることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項５３】
請求項４１〜５２のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記試料が生体の一部であり、前記旋光度測定方法は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定する部分を挟む測定端子部を用いるとともに前記光ファイバの前記先端部が前記測定端子部に保持されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項５４】
請求項４１〜５３のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズとの間の距離を変更することができるレンズ間距離調整手段を用いることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項５５】
請求項４１〜５４のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項５６】
請求項４１〜５５のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された一方の光ファイバと他方の光ファイバを同一種類の光ファイバにすることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項５７】
請求項４１〜５６のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された光ファイバがいわゆるダブルクラッド型偏波面保存光ファイバであることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項５８】
請求項４１〜５７のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
前記モード整合部にコア拡大ファイバとコア縮小ファイバの少なくとも一方を用いることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項５９】
請求項４１〜５８のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
信号光の光路において対向配置された前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと前記他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズの間の距離を３ｍｍより狭くしたことを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項６０】
請求項４１〜５９のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、
信号光の光路において前記試料を挟んで対向配置された前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板と前記出力部レンズとを光ファイバ端部に配置したデフォーカスされた光ファイバ光学系の双方が前記試料の信号光入射面の同一側にあるとともに前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記試料の間に４分の１波長板を配置したことを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【請求項６１】
先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定装置であって、
前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡ（ＮＡは開口数を意味する）シングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されている光ファイバ光学系を用いていることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項６２】
請求項６１に記載の旋光度測定装置において、
前記第２の光ファイバのＮＡが０．０７以下であることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項６３】
請求項６１又は６１に記載の旋光度測定装置において、
前記光ファイバ光学系が光ファイバの端面の近傍の光路上に前記出力部レンズに加えて偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板とを有する偏光変換光学系であることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項６４】
請求項６１〜６３のいずれか１項に記載の旋光度測定装置において、
前記旋光度測定装置は前記試料と前記光ファイバ光学系と前記シングルモード光ファイバとでリング光干渉系のリング光路が構成され、前記リング光路を両方向に伝搬する光の前記試料に起因して生じる位相差を測定することによって前記試料の旋光度を測定することができるように構成されていることを特徴とする旋光度測定装置。
【請求項６５】
先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定システムに用いることができる光ファイバ光学系であって、
前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されていることを特徴とする光ファイバ光学系。
【請求項６６】
先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定方法であって、
前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、採血した血液、血清、生体などの旋光度測定用検体としての光散乱検体のデフォーカスされた旋光度測定装置、旋光度測定システムに用いることができるデフォーカスされた光ファイバ光学系およびデフォーカスされた光ファイバ光学系を用いた旋光度測定方法に関するもので、さらに具体的には、旋光度測定用検体の糖質の濃度を測定することができ、人の血液、指、耳、皮膚などにレーザ光を照射し、その透過光および／または反射光を測定して旋光度測定用検体の糖質成分濃度を高い測定精度で測定できるデフォーカスされた旋光度測定装置、デフォーカスされた光ファイバ光学系およびデフォーカスされた光ファイバ光学系を用いた旋光度測定方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
血液中のグルコース濃度の測定方法として知られている第１の方法は、特許文献１に記載があるような、指などの生体の一部に赤外レーザ光を照射し、血管からの散乱光を分光し血液に含まれるグルコース濃度を測定するものである。これはグルコース濃度に比例して散乱光が低減することを利用している。しかし、この方法は散乱光の光強度が温度や皮膚の水分や油成分などに依存するという問題があり、広く普及していない。【０００３】
第２の方法は、非特許文献１および特許文献２などに記載されているように、旋光物質に直交する偏光成分を伝搬させてその複屈折率をオープンループで計測するものである。しかし、この方法では健常者の血糖値レベルである０．１ｇ／ｄＬ（デシリットル）程度で厚さが１０ｍｍ程度のグルコースを測定すると誤差が大きく、光の散乱が大きい血液や指などの生体では全く測定できない。【０００４】
第３の方法は、特許文献３に記載されている複屈折率測定装置で測定する方法である。この方法は本発明と同じく偏波面保存光ファイバからなるリング干渉計のリングの中に対向コリメータ光学系を設け、検体内に平行ビームを伝搬させ、左右両回り光の位相差を測定することによって検体の旋光度を計測するものである。この方法では厚さ１０ｍｍ程度のガラス製セルに入れたグルコースで健常者の血糖値レベルである０．１ｇ／ｄＬを十分な精度で測定できる。
図２３は従来の対向コリメータに光散乱検体を挿入した光学系を示す図で、フェルール２−１，２−２を有する一対のシングルモード（以下、ＳＭともいう）光ファイバ１−１，１−２の先端からそれぞれレンズ３−１，３−２の焦点距離５−１，５−２だけ離れた位置にレンズ３−１，３−２を配置し、対向コリメータ光学系を構成し、その間に光散乱検体４を配置して光散乱検体４の旋光度を測定する。測定精度を高める最良の方法として、各光ファイバの端面をそれぞれ各レンズの焦点位置に配置して対向コリメータを形成し、一方の光ファイバの端面から出射する信号光をレンズで平行光線にして光散乱検体４に照射し、光散乱検体４を透過した信号光を他方の光ファイバに結合させる構成である。しかし、図２３の対向コリメータに厚さ１．５ｍｍ程度の指の付け根のひだ部を挿入した場合には、生体の散乱損失が非常に大きく、旋光度を測定することができない。【０００５】
この原因は、シングルモード光ファイバ対向コリメータ光学系の挿入損失は、通常は０．５ｄＢ程度であるが、生体を挿入すると挿入損失が８０ｄＢ以上となるためである。【０００６】
図２４は波長８５０ｎｍ用ＳＭ光ファイバを用いた対向コリメータの、レンズの焦点距離がｆ＝２．５ｍｍ、レンズ間の距離が３０ｍｍの場合のビーム角度依存性の理論計算結果で、図中、横軸はコリメータ角度（単位：度）すなわちコリメータへ入出射するビーム角度、縦軸は損失（単位：ｄＢ）である。これより、ビーム角度が０度から０．３度程度ずれると結合損失が５０ｄＢ以上増大することがわかる。したがって、実際の指のひだ部をレンズ付きシングルモード光ファイバ対向コリメータ光学系で挟んだ場合の挿入損失が８０ｄＢ以上となる理由は、レンズでコリメートされた平行光線が生体内部でランダムに散乱されビーム伝搬角度が変化するためと考えられる。【０００７】
以上のことからもわかることであるが、これまで採血した血液や生体のグルコース濃度を高精度に測定する光学的な測定装置の開発が多く試みられてきた。しかし、採血した血液や生体のグルコース濃度を高精度で測定することは極めて難しく、果物の糖度測定には用いられるものの、採血した血液や生体のグルコース濃度の測定に使える測定器はまだ実現されておらず、採血した血液や生体のグルコース濃度の測定は試薬を用いた手法に頼らざるを得ないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３１３５５４号公報
【特許文献２】特開２００７−０９３２８９号公報
【特許文献３】特開２００５−２７４３８０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】横田  正幸他、「鉛ガラスファイバ偏光変調器を用いたグルコースセンサー」、第３１回光波センシング技術研究会ＬＳＴ３１−８，ＰＰ．５１−５６，２００３年６月
【非特許文献２】梶岡、於保、「光ファイバジャイロの開発」、第３回光波センシング技術研究会、ＬＳＴ３−９，ＰＰ．５５−６２，１９８９年６月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上述べたように現在までに採血した血液や生体のグルコース濃度を高精度に測定する光学的な測定装置は実用化されていない。本発明は以上のような状況に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、採血した血液や生体のグルコース濃度を、試薬に頼らずに、医療現場で実際に使用できるような高い精度でリアルタイムに測定することができる、さらに、無侵襲で生体のグルコース濃度を高い精度で測定することができかつ、使い易い旋光度測定装置、測定システムおよびそれに用いることができる新規な偏光変換光学系とそれを用いた旋光度測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
先端にレンズを有する光ファイバを被測定対象を挟んで信号光の光路上で対向させて一方から他方に光結合させる光ファイバ光学系における結合損失を少なくするには、対向する各光ファイバをその端面がレンズの焦点位置にあるコリメータ光学系にするのがよいというのが衆知の技術思想である。しかし、本発明者の実験的検討結果によると、この方法では本発明の課題を解決することができない。【００１２】
本発明は、従来の技術思想とは異なり、光ファイバの端面をレンズの焦点位置からずらして配置する全く新しい技術思想のデフォーカス偏光変換光学系を用いることによって課題を解決した。さらに、モード整合部を偏光変換光学系に取り入れて、生体などの散乱体を光ファイバで挟んだ光学系の結合損失を従来では期待できなかった低損失で実現した。以下、本発明の例を具体的に説明する。【００１３】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第１の発明の実施の形態例（以下、発明１という）は、先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定装置であって、前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面の少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの出力部レンズの焦点位置にないデフォーカスされた光ファイバ光学系を形成していることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００１４】
発明１を展開してなされた本発明の例としての第２の発明の実施の形態例（以下、発明２という）は、発明１に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバの開口数（以下、ＮＡという）と前記他方のシングルモード光ファイバのＮＡの少なくとも一方が０．０７以下であることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００１５】
発明１または２を展開してなされた本発明の例としての第３の発明の実施の形態例（以下、発明３という）は、発明１または２に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズに近い位置にあることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００１６】
発明１又は２を展開してなされた本発明の例としての第４の発明の実施の形態例（以下、発明４という）は、発明１又は２に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズから離れた位置にあることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００１７】
発明１〜４を展開してなされた本発明の例としての第５の発明の実施の形態例（以下、発明５という）は、発明１〜４のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記シングルモード光ファイバの先端部と当該光ファイバの出力部レンズとが相互に固定されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００１８】
発明１〜５を展開してなされた本発明の例としての第６の発明の実施の形態例（以下、発明６という）は、発明１〜５のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間にファラデー回転素子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００１９】
発明１〜６を展開してなされた本発明の例としての第７の発明の実施の形態例（以下、発明７という）は、発明１〜６のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間に４分の１波長板及び偏光子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００２０】
発明１〜７を展開してなされた本発明の例としての第８の発明の実施の形態例（以下、発明８という）は、発明１〜７のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバが偏波面保存光ファイバであり、前記各光ファイバ先端部と試料の間に偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板が配置されており、前記双方の各偏波面保存光ファイバから同一の固有偏光モード（すなわち、出射偏光モード）の信号光が出射し、前記試料に前記試料の一方の入射側からは右円偏光または左円偏光として入射し、前記試料の他方の入射側からは左円偏光または右円偏光として入射して後、それぞれ光路上の偏波面保存光ファイバに前記出射偏光モードと等しい偏光モードで結合するように前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板の方位と偏波面保存光ファイバの固有偏光方位が設定されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００２１】
発明１〜８を展開してなされた本発明の例としての第９の発明の実施の形態例（以下、発明９という）は、発明１〜８のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記デフォーカスされた旋光度測定装置は前記試料と前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記偏波面保存光ファイバとでリング光干渉系のリングが構成され、前記リングを両方向に伝搬する光の前記試料に起因して生じる位相差を測定することによって前記試料の旋光度を測定することができることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００２２】
発明９を展開してなされた本発明の例としての第１０の発明の実施の形態例（以下、発明１０という）は、発明９に記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記デフォーカスされた旋光度測定装置は、リング干渉計のリング光路に右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光を伝搬させ、リング干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光が同一の固有直線偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬させ、前記試料部分は互いに直交する円偏光状態でそれぞれ右回り信号光と左回り信号光を伝搬させるように構成されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００２３】
発明１〜１０を展開してなされた本発明の例としての第１１の発明の実施の形態例（以下、発明１１という）は、発明１〜１０のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、光路と直角方向に前記試料をスキャンできる機構を有することを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００２４】
発明１〜１１を展開してなされた本発明の例としての第１２の発明の実施の形態例（以下、発明１２という）は、発明１〜１１のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記試料が生体の一部であり、前記旋光度測定装置は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定するのに、前記信号光の位相差の検出手段の一部として、生体の脈拍または測定部位の厚味などの当該生体の一部の寸法を周期的に変化させるように人為的に与えた信号と同期させて前記位相差を検出する手段を有していることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００２５】
発明１〜１２を展開してなされた本発明の例としての第１３の発明の実施の形態例（以下、発明１３という）は、発明１〜１２のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記試料が生体の一部であり、前記旋光度測定装置は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定する部分を挟む測定端子部を有するとともに前記光ファイバの前記先端部が前記測定端子部に保持されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００２６】
発明１〜１３を展開してなされた本発明の例としての第１４の発明の実施の形態例（以下、発明１４という）は、発明１〜１３のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズとの間の距離を変更することができるレンズ間距離調整手段を有することを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００２７】
発明１〜１４を展開してなされた本発明の例としての第１５の発明の実施の形態例（以下、発明１５という）は、発明１〜１４のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００２８】
発明１〜１５を展開してなされた本発明の例としての第１６の発明の実施の形態例（以下、発明１６という）は、発明１〜１５のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された一方の光ファイバと他方の光ファイバが同一種類の光ファイバであることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００２９】
発明１〜１６を展開してなされた本発明の例としての第１７の発明の実施の形態例（以下、発明１７という）は、発明１〜１６のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された光ファイバがいわゆるダブルクラッド型偏波面保存光ファイバであることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００３０】
発明１〜１７を展開してなされた本発明の例としての第１８の発明の実施の形態例（以下、発明１８という）は、発明１〜１７のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、前記モード整合部にコア拡大ファイバとコア縮小ファイバの少なくとも一方が用いられていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００３１】
発明１〜１８を展開してなされた本発明の例としての第１９の発明の実施の形態例（以下、発明１９という）は、発明１〜１８のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、信号光の光路において対向配置された前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと前記他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズの間の距離を３ｍｍより狭くしたことを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００３２】
発明１〜１９を展開してなされた本発明の例としての第２０の発明の実施の形態例（以下、発明２０という）は、発明１〜１９のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定装置において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向配置された前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板と前記出力部レンズとを光ファイバ端部に配置したデフォーカスされた光ファイバ光学系の双方が前記試料の信号光入射面の同一側にあるとともに前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記試料の間に４分の１波長板を配置したことを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００３３】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第２１の発明の実施の形態例（以下、発明２１という）は、先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定システムに用いることができる光ファイバ光学系であって、前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面の少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの出力部レンズの焦点位置にないことを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００３４】
発明２１を展開してなされた本発明の例としての第２２の発明の実施の形態例（以下、発明２２という）は、発明２１に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバの開口数（以下、ＮＡという）と前記他方のシングルモード光ファイバのＮＡの少なくとも一方が０．０７以下であることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００３５】
発明２１または２２を展開してなされた本発明の例としての第２３の発明の実施の形態例（以下、発明２３という）は、発明２１または２２に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズに近い位置にあることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００３６】
発明２１又は２２を展開してなされた本発明の例としての第２４の発明の実施の形態例（以下、発明２４という）は、発明２１又は２２に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズから離れた位置にあることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００３７】
発明２１〜２４を展開してなされた本発明の例としての第２５の発明の実施の形態例（以下、発明２５という）は、発明２１〜２４のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記シングルモード光ファイバの先端部と当該光ファイバの出力部レンズとが相互に固定されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００３８】
発明２１〜２５を展開してなされた本発明の例としての第２６の発明の実施の形態例（以下、発明２６という）は、発明２１〜２５のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間にファラデー回転素子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００３９】
発明２１〜２６を展開してなされた本発明の例としての第２７の発明の実施の形態例（以下、発明２７という）は、発明２１〜２６のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間に４分の１波長板及び偏光子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００４０】
発明２１〜２７を展開してなされた本発明の例としての第２８の発明の実施の形態例（以下、発明２８という）は、発明２１〜２７のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバが偏波面保存光ファイバであり、前記各光ファイバ先端部と試料の間に偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板が配置されており、前記双方の各偏波面保存光ファイバから同一の固有偏光モード（すなわち、出射偏光モード）の信号光が出射し、前記試料に前記試料の一方の入射側からは右円偏光または左円偏光として入射し、前記試料の他方の入射側からは左円偏光または右円偏光として入射して後、それぞれ光路上の偏波面保存光ファイバに前記出射偏光モードと等しい偏光モードで結合するように前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板の方位と偏波面保存光ファイバの固有偏光方位が設定されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００４１】
発明２１〜２８を展開してなされた本発明の例としての第２９の発明の実施の形態例（以下、発明２９という）は、発明２１〜２８のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記デフォーカスされた光ファイバ光学系は、前記試料と前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記偏波面保存光ファイバとでリング光干渉系のリング光路を構成することができ、前記リング光路を両方向に伝搬する光の前記試料に起因して生じる位相差を測定することによって前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定システムの構成要素として用いることができることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００４２】
発明２９を展開してなされた本発明の例としての第３０の発明の実施の形態例（以下、発明３０という）は、発明２９に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記光ファイバ光学系は、リング干渉計のリング光路に右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光を伝搬させ、リング干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光が同一の固有直線偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬させ、前記試料部分は互いに直交する円偏光状態でそれぞれ右回り信号光と左回り信号光を伝搬させるように構成されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００４３】
発明２１〜３０を展開してなされた本発明の例としての第３１の発明の実施の形態例（以下、発明３１という）は、発明２１〜３０のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、光路と直角方向に前記試料をスキャンできる機構を有することを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００４４】
発明２１〜３１を展開してなされた本発明の例としての第３２の発明の実施の形態例（以下、発明３２という）は、発明２１〜３１のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記試料が生体の一部であり、前記旋光度測定装置は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定するのに、前記信号光の位相差の検出手段の一部として、生体の脈拍または測定部位の厚味などの当該生体の一部の寸法を周期的に変化させるように人為的に与えた信号と同期させて前記位相差を検出する手段を有していることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００４５】
発明２１〜３２を展開してなされた本発明の例としての第３３の発明の実施の形態例（以下、発明３３という）は、発明２１〜３２のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記試料が生体の一部であり、前記光ファイバ光学系は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定する部分を挟む測定端子部を有するとともに前記光ファイバの前記先端部が前記測定端子部に保持されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００４６】
発明２１〜３３を展開してなされた本発明の例としての第３４の発明の実施の形態例（以下、発明３４という）は、発明２１〜３３のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズとの間の距離を変更することができるレンズ間距離調整手段を有することを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００４７】
発明２１〜３４を展開してなされた本発明の例としての第３５の発明の実施の形態例（以下、発明３５という）は、発明２１〜３４のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００４８】
発明２１〜３５を展開してなされた本発明の例としての第３６の発明の実施の形態例（以下、発明３６という）は、発明２１〜３５のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された一方の光ファイバと他方の光ファイバが同一種類の光ファイバであることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００４９】
発明２１〜３６を展開してなされた本発明の例としての第３７の発明の実施の形態例（以下、発明３７という）は、発明２１〜３６のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された光ファイバがいわゆるダブルクラッド型偏波面保存光ファイバであることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００５０】
発明２１〜３７を展開してなされた本発明の例としての第３８の発明の実施の形態例（以下、発明３８という）は、発明２１〜３７のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記モード整合部にコア拡大ファイバとコア縮小ファイバの少なくとも一方が用いられていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００５１】
発明２１〜３８を展開してなされた本発明の例としての第３９の発明の実施の形態例（以下、発明３９という）は、発明２１〜３８のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、信号光の光路において対向配置された前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと前記他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズの間の距離を３ｍｍより狭くしたことを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００５２】
発明２１〜３９を展開してなされた本発明の例としての第４０の発明の実施の形態例（以下、発明４０という）は、発明２１〜３９のいずれかに記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向配置された前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板と前記出力部レンズとを光ファイバ端部に配置したデフォーカスされた光ファイバ光学系の双方が前記試料の信号光入射面の同一側にあるとともに前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記試料の間に４分の１波長板を配置したことを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００５３】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第４１の発明の実施の形態例（以下、発明４１という）は、先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定する旋光度測定方法であって、前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面の少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの出力部レンズの焦点位置にないデフォーカスされた光ファイバ光学系を形成していることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００５４】
発明４１を展開してなされた本発明の例としての第４２の発明の実施の形態例（以下、発明４２という）は、発明４１に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記一方のシングルモード光ファイバの開口数（以下、ＮＡという）と前記他方のシングルモード光ファイバのＮＡの少なくとも一方が０．０７以下であることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００５５】
発明４１または４２を展開してなされた本発明の例としての第４３の発明の実施の形態例（以下、発明４３という）は、発明４１または４２に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズに近い位置にあることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００５６】
発明４１又は４４を展開してなされた本発明の例としての第４４の発明の実施の形態例（以下、発明４４という）は、発明４１又は４４に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズから離れた位置にあることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００５７】
発明４１〜４４を展開してなされた本発明の例としての第４５の発明の実施の形態例（以下、発明４５という）は、発明４１〜４４のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記シングルモード光ファイバの先端部と当該光ファイバの出力部レンズとが相互に固定されているシングルモード光ファイバを用いることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００５８】
発明４１〜４５を展開してなされた本発明の例としての第４６の発明の実施の形態例（以下、発明４６という）は、発明４１〜４５のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間にファラデー回転素子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００５９】
発明４１〜４６を展開してなされた本発明の例としての第４７の発明の実施の形態例（以下、発明４７という）は、発明４１〜４６のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間に４分の１波長板及び偏光子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００６０】
発明４１〜４７を展開してなされた本発明の例としての第４８の発明の実施の形態例（以下、発明４８という）は、発明４１〜４７のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバが偏波面保存光ファイバであり、前記各光ファイバ先端部と当該出力部レンズの間に偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板が配置されており、前記双方の各偏波面保存光ファイバから同一の固有偏光モード（すなわち、出射偏光モード）の信号光が出射し、前記試料に前記試料の一方の入射側からは右円偏光または左円偏光として入射し、前記試料の他方の入射側からは左円偏光または右円偏光として入射して後、それぞれ光路上の偏波面保存光ファイバに前記出射偏光モードと等しい偏光モードで結合するように前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板の方位と偏波面保存光ファイバの固有偏光方位が設定されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００６１】
発明４１〜４８を展開してなされた本発明の例としての第４９の発明の実施の形態例（以下、発明４９という）は、発明４１〜４８のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記デフォーカスされた旋光度測定系が前記試料と前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記偏波面保存光ファイバとでリング光干渉系のリングが構成され、前記リングを両方向に伝搬する光の前記試料に起因して生じる位相差を測定することによって前記試料の旋光度を測定することができるように構成されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００６２】
発明４９を展開してなされた本発明の例としての第５０の発明の実施の形態例（以下、発明５０という）は、発明４９に記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記デフォーカスされた旋光度測定系が、リング干渉計のリング光路に右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光を伝搬させ、リング干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光としての偏光と左回り信号光としての偏光が同一の固有直線偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り信号光と左回り信号光として伝搬させ、前記試料部分は互いに直交する円偏光状態でそれぞれ右回り信号光と左回り信号光を伝搬させるように構成されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００６３】
発明４１〜５０を展開してなされた本発明の例としての第５１の発明の実施の形態例（以下、発明５１という）は、発明４１〜５０のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、光路と直角方向に前記試料をスキャンできる機構を用いることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００６４】
発明４１〜５１を展開してなされた本発明の例としての第５２の発明の実施の形態例（以下、発明５２という）は、発明４１〜５１のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記試料が生体の一部であり、前記旋光度測定方法は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定するのに、前記信号光の位相差の検出手段の一部として、生体の脈拍または測定部位の厚味などの当該生体の一部の寸法を周期的に変化させるように人為的に与えた信号と同期させて前記位相差を検出する手段を用いることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００６５】
発明４１〜５２を展開してなされた本発明の例としての第５３の発明の実施の形態例（以下、発明５３という）は、発明４１〜５２のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記試料が生体の一部であり、前記旋光度測定方法は前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定する部分を挟む測定端子部を用いるとともに前記光ファイバの前記先端部が前記測定端子部に保持されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００６６】
発明４１〜５３を展開してなされた本発明の例としての第５４の発明の実施の形態例（以下、発明５４という）は、発明４１〜５３のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズとの間の距離を変更することができるレンズ間距離調整手段を用いることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００６７】
発明４１〜５４を展開してなされた本発明の例としての第５５の発明の実施の形態例（以下、発明５５という）は、発明４１〜５４のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００６８】
発明４１〜５５を展開してなされた本発明の例としての第５６の発明の実施の形態例（以下、発明５６という）は、発明４１〜５５のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された一方の光ファイバと他方の光ファイバを同一種類の光ファイバにすることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００６９】
発明４１〜５６を展開してなされた本発明の例としての第５７の発明の実施の形態例（以下、発明５７という）は、発明４１〜５６のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向させて配置された光ファイバがいわゆるダブルクラッド型偏波面保存光ファイバであることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００７０】
発明４１〜５７を展開してなされた本発明の例としての第５８の発明の実施の形態例（以下、発明５８という）は、発明４１〜５７のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、前記モード整合部にコア拡大ファイバとコア縮小ファイバの少なくとも一方を用いることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００７１】
発明４１〜５８を展開してなされた本発明の例としての第５９の発明の実施の形態例（以下、発明５９という）は、発明４１〜５８のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、信号光の光路において対向配置された前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと前記他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズの間の距離を３ｍｍより狭くしたことを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００７２】
発明４１〜５９を展開してなされた本発明の例としての第６０の発明の実施の形態例（以下、発明６０という）は、発明４１〜５９のいずれかに記載のデフォーカスされた旋光度測定方法において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向配置された前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板と前記出力部レンズとを光ファイバ端部に配置したデフォーカスされた光ファイバ光学系の双方が前記試料の信号光入射面の同一側にあるとともに前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記試料の間に４分の１波長板を配置したことを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。【００７３】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第６１の発明の実施の形態例（以下、発明６１という）は、先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定装置の発明であって、前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡ（ＮＡは開口数を意味する）シングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されている光ファイバ光学系を用いていることを特徴とする旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００７４】
発明６１を展開してなされた本発明の例としての第６２の発明の実施の形態例（以下、発明６２という）は、発明６１に記載の旋光度測定装置において、前記第２の光ファイバのＮＡが０．０７以下であることを特徴とする旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００７５】
発明６１又は６２を展開してなされた本発明の例としての第６３の発明の実施の形態例（以下、発明６３という）は、発明６１又は６１に記載の旋光度測定装置において、前記光ファイバ光学系が光ファイバの端面の近傍の光路上に前記出力部レンズに加えて偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板とを有する偏光変換光学系であることを特徴とする旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００７６】
発明６１〜６３のいずれかを展開してなされた本発明の例としての第６４の発明の実施の形態例（以下、発明６４という）は、発明６１〜６３のいずれかに記載の旋光度測定装置において、前記旋光度測定装置は前記試料と前記光ファイバ光学系と前記シングルモード光ファイバとでリング光干渉系のリング光路が構成され、前記リング光路を両方向に伝搬する光の前記試料に起因して生じる位相差を測定することによって前記試料の旋光度を測定することができるように構成されていることを特徴とする旋光度測定装置の発明の実施の形態例である。【００７７】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第６５の発明の実施の形態例（以下、発明６５という）は、先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定システムに用いることができる光ファイバ光学系であって、前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されていることを特徴とする光ファイバ光学系の発明の実施の形態例である。【００７８】
課題を解決するためになされた本発明の例としての第６６の発明の実施の形態例（以下、発明６６という）は、先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路の発明で、光散乱検体などの旋光度測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができる旋光度測定方法の発明であって、前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方はコア径の異なる第１の光ファイバと第２の光ファイバをモード整合部を介して接続したシングルモード光ファイバであり、相対的に前記第１の光ファイバは小コア径・高ＮＡシングルモード光ファイバで前記第２の光ファイバは大コア径・低ＮＡシングルモード光ファイバであり、前記シングルモード光ファイバの前記第２の光ファイバが前記第１の光ファイバよりも光路上で前記試料に近い側に配置されており、前記第２の光ファイバの前記試料に近い側の端面近傍に前記出力部レンズが信号光の光路に配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光度測定方法の発明の実施の形態例である。
【発明の効果】
【００７９】
本発明のデフォーカスされた旋光度測定装置によれば、あるいは、デフォーカスされた光ファイバ光学系および前記光ファイバ光学系を用いた旋光度測定方法を用いることによって、微量な血液での測定や採血しないでの測定で血糖値に関係する生体のグルコース濃度を高い精度で測定することができる。
本発明は、特に、採血しない無侵襲測定方式において、第１に、針による採血に伴う煩わしさや苦痛がないこと、第２に、採血針の廃棄処理が不要で衛生的であること、第３に、採血法で使用していたグルコースと反応する試薬が不要なので年間１０万円以上のランニングコストが不要になり経済的であること、第４に、簡単に測定できるため血糖値モニターが１日何回でもできるので糖尿病患者や健常者の健康管理に使えること、第５に国が負担する医療費も大幅に低減できることなど、大きな効果を発揮するものである。
そして、本発明の光散乱検体の測定が可能な旋光度測定装置が一般家庭で使用されることにより、現在世界的に増加している糖尿病患者の数および糖尿病予備軍といわれる人の数を大幅に減らすことができるという極めて大きな福音をもたらすとともに、患者にはその治療に必要な費用を大幅に低減できるという大きな福音をもたらすものである。さらに、本発明のモード整合部を含む改善された光ファイバ光学系を用いた旋光度測定装置、旋光度測定方法を用いることによって、被測定検体の旋光度に関連する光学情報を従来では到底期待できなかったほど極めて高い精度で測定することができ、前記の本発明の効果を一層大きなものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】初期損失が１０ｄＢ、２０ｄＢ増加する対向シングルモード光ファイバ光学系の結合損失のビーム角度依存性（理論計算値）を説明するグラフである。
【図２】本発明の実施の形態例としてのデフォーカスされた偏光変換光学系の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態例としてのデフォーカスされた偏光変換光学系の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態例としてのデフォーカスされた偏光変換結合光学系である。
【図５】本発明の実施の形態例としてのデフォーカスされた偏光変換結合光学系の原理説明図である。
【図６】本発明の実施の形態例としてのデフォーカスされた旋光度測定装置の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態例としてのデフォーカスされた旋光度測定装置の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態例としてのデフォーカスされた旋光度測定装置の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態例に用いたモード整合部を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態例に用いたモード整合部を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態例に用いたモード整合部からコリメート光を作ることを説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態例に用いたモード整合部からデフォーカス光を作ることを説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態例に用いたモード整合部からコリメート円偏光を作ることを示した図である。
【図１４】本発明の実施の形態例に用いたモード整合部からデフォーカス円偏光を作ることを示した図である。
【図１５】本発明の実施の形態例に用いたモード整合部を含む円偏光偏光変換コリメータから出射されるビームを概念的に示した図である。
【図１６】本発明の実施の形態例に用いたモード整合部を含む円偏光デフォーカス偏光変換光学系から出射されるビームを概念的に示した図である。
【図１７】本発明の実施の形態例としての、対向モード整合偏光変換コリメータに光散乱検体を挿入した光学系である。
【図１８】本発明の実施の形態例としての、対向モード整合デフォーカス偏光変換光学系に光散乱検体を挿入した光学系である。
【図１９】本発明の実施の形態例としての、モード整合デフォーカス偏光変換光学系を用いて光散乱検体に信号光を斜めから照射する結合光学系を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施の形態例としての、対向モード整合デフォーカス偏光変換光学系で光散乱検体を挟んだ結合光学系を用いた旋光度測定装置の構成図である。
【図２１】本発明の実施の形態例としての、対向モード整合デフォーカス偏光変換光学系を用いて光散乱検体に信号光を斜めから照射する結合光学系を用いた旋光度測定装置の構成図である。
【図２２】本発明の実施の形態例としての旋光度測定装置における測定方法を説明する図である。
【図２３】従来の対向コリメータに光散乱検体を挿入した光学系である。
【図２４】対向シングルモード光学系の結合損失のビーム角度依存性（理論計算値）を説明するグラフである。
【図２５】従来のコリメートされた結合光学系を説明する図である。
【符号の説明】
【００８１】
１：リングを構成するＰＭ光ファイバ
１−１，１−２，１−３，１−４，１−５，１−６，１−７，１−８：光ファイバ
２−１，２−２：フェルール
３−１，３−２，３−３，３５：レンズ
４，４５：試料、光散乱検体
５−１，５−２，３７：焦点距離
９−１，９−２，３８：偏光子
１１−１，１１−２，１１−３，３９：ファラデー回転素子
１３−１，１３−２，１３−３，４０，４７：４分の１波長板
１４−１，１４−２：偏光変換デフォーカス光学系
１４−３，１４−４：偏光変換コリメータ光学系
１５−１，１５−２：ＰＭ光ファイバ断面
１６−１，１６−２：入射偏光方位
１７，４８：ＳＬＤ光源
１８−１，１８−２：方向性結合器
１９，５０：光ファイバ型偏光子
２０，５２：光位相変調器
２１，５５：受光器
２２，５６：信号処理回路
２３，５７：位相変調信号
２４：移動ステージ
２５：平行ビーム
２６−１，２６−２，２６−３：ミラー
２７−１，２７−２：４５度捩じりスプライス
２８−１,２８−２：光ファイバ型偏光ビーム分離合成器
２９−１，２９−２，５４−１，５４−２：スプライス
３０：直交偏波遅延光回路
３１，５１−１，５１−２：小コア径高ＮＡ偏波面保存光ファイバ
３２：大コア径低ＮＡ偏波面保存光ファイバ
３２ａ：光ファイバの端面
３３，３４：モード整合部
３６：レンズ焦点位置
４１：モード整合部を含む偏光変換コリメータ光学系
４２：モード整合部を含むデフォーカス偏光変換光学系
４３：コリメート円偏光
４４：デフォーカス円偏光
４６：ガラス板
４９−１、４９−２：カプラ
５３−１，５３−２：左右両回り直線偏光
５８,５９：旋光度測定装置
６０：可視レーザ
６１：ハーフミラー
６２：顕微鏡
【発明を実施するための最良の形態】
【００８２】
以下、図面を参照して本発明に係る一発明の実施の形態の例について説明する。なお、説明に用いる各図は本発明の実施の形態例を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の実施の形態例の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。また、各図において、同様な構成成分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。また、以下の説明では、本発明に係る各実施の形態例の、デフォーカスされた旋光度測定装置、デフォーカスされた光ファイバ光学系を用いた旋光度測定方法に関して説明の重複部分が多い。したがって、説明の重複を避けるため、誤解を生じないようにしつつ、特に言及せずに、光ファイバ光学系の説明で旋光度測定装置や旋光度測定方法の部分的あるいは全体的説明を兼ねる場合もあり、又、その逆の場合もある。【００８３】
本発明の発明者は、これまで多くの医療関係者から、採血した血液や生体のグルコース濃度を高い精度で測定できる測定器の実現を望まれ、その実現に多くの努力が払われてきたが、その実現が今日までできなかったことを踏まえて、その原因を詳しく分析した。【００８４】
その結果、従来知られている種々の測定方法では実現は困難で、これまでこの種の測定には使われなかった新しい測定原理を見出すことが必須であるという結論に達した。【００８５】
測定装置の基本構成は、光ファイバを用いたリング干渉計にし、被測定用検体（試料）に偏光を入射させ、その偏光の位相変化を測定することが好ましい。しかし、測定精度を格別に向上させる必要がある。【００８６】
これまで、光ファイバ間に試料を挟んだリング干渉計においては、試料の入出射面間に光ファイバコリメータ光学系を用いて光結合を行うのが光損失が少なく、挿入損失を最も低減できるというのが専門家間の定説であった。光ファイバコリメータ光学系を用いて信号光の強度変化や位相変化を測定する場合は、光ファイバの端面をコリメータレンズの焦点位置に配置する。【００８７】
この方式を用いて種々の試料について位相変化を測定した。しかしながら、医療現場などで実用化するには、糖質に関する情報の検出精度が不足で、検出精度をさらに高める必要があることがわかった。【００８８】
そこで、本発明の発明者はこの専門家の常識を越えて、光ファイバの端面をレンズの焦点位置に配置した従来の光ファイバ偏光変換光学系（以下、従来型偏光変換光学系ともいう）と光ファイバの端面をレンズの焦点位置から離して配置したデフォーカス光ファイバ偏光変換光学系（以下、デフォーカス偏光変換光学系ともいう）をそれぞれ構成し、対向して配置した一対の従来型偏光変換光学系の間に試料として採血した血液や生体などを配置して試料に信号光としての偏光を入射させた場合と、対向して配置した一対のデフォーカス偏光変換光学系の間に前記従来型偏光変換光学系の場合と同じ条件の試料として採血した血液や生体などを配置して試料に信号光としての偏光を入射させた場合について、それぞれ試料による信号光の位相変化を測定した。【００８９】
その結果、デフォーカス偏光変換光学系を用いた場合が従来型偏光変換光学系を用いた場合よりも試料による信号光の位相変化をより高い精度で測定できることを見出し、本発明をなすに至った。【００９０】
図１は、前記検討結果を検証しようとして本発明の発明者が行った理論計算結果の例で、焦点距離がｆ＝２．５ｍｍ、レンズ間距離が３０ｍｍの場合の波長が８５０ｎｍ用のＳＭ光ファイバを用いた対向シングルモード光ファイバ光学系の結合損失のビーム角度依存性の理論計算結果である。図１（ａ）は光ファイバの端面を出力部レンズの焦点位置からオフセット（すなわち、デフォーカス）して１０ｄＢの初期損失（ビーム角度ズレがない場合の損失）を与えた場合の、図１（ｂ）は２０ｄＢの初期損失を与えた場合の結合損失のビーム角度依存性の理論計算結果である。図中、横軸は入射光のビーム角度、縦軸は損失（ｄＢ）である。図より、ビーム角度が０．３度ずれた場合の損失は、初期損失が１０ｄＢの場合に高々５ｄＢ程度、初期損失が２０ｄＢの場合に１ｄＢ程度であることがわかる。本発明の発明者は、さらに実際の旋光度測定装置、光ファイバ光学系について詳細に検討した。【００９１】
以下、実施の形態例を引用してさらに詳しく説明する。
本発明の実施の形態例では、先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を採血した血液や生体などの試料に入射させ、前記試料を透過した信号光あるいは前記試料によって反射された信号光あるいは前記試料を透過した信号光と前記試料によって反射された信号光の双方を先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光度に関連する光学情報を測定することができるように構成した旋光度測定装置を用いた。【００９２】
前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバは別のものの場合（第１の例）と前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバは同一のものの場合（第２の例）とがあり、前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバが一対の場合もあり、複数対の場合もある。【００９３】
本発明の実施の形態例は、前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバの少なくとも１つは先端部に出力部レンズ（この出力部レンズは、リング干渉計における信号光としての左右両回り光のうちの一方の信号光、たとえば左回り光に対して出力側光ファイバになる場合は他方の信号光である右回り光に対しては入力側光ファイバのレンズになるが、出力部レンズという）が配置されていて、出力部レンズを有するシングルモード光ファイバの端面の少なくとも１つは、当該出力部レンズの焦点位置にない光学系であるデフォーカスされた光ファイバ光学系を構成していることを特徴としている。【００９４】
図２と図３は、本発明の実施の形態例としての旋光度測定装置の要部であるデフォーカスされた光ファイバ光学系の構成を説明する図で、シングルモード光ファイバを偏波面保存（ＰＭ）光ファイバとした場合のデフォーカスされた光ファイバ光学系としての偏光変換光学系を示す。図２と図３のデフォーカスされた偏光変換光学系（偏光変換光学システム）において、ＰＭ光ファイバ１−１，１−２のフェルール２−１，２−２の先端から出射したビームは、順にそれぞれレンズ３−１，３−２と偏光子ホルダ８−１，８−２で保持された偏光子９−１，９−２とファラデー回転素子ホルダ１０−１，１０−２で保持された前記偏光面回転素子としての４５度ファラデー回転素子１１−１，１１−２と波長板ホルダ１２−１，１２−２で保持された４分の１波長板１３−１，１３−２を介して空間に導かれる。符号１４−１，１４−２は対向系で使用されるデフォーカスされた偏光変換光学系である。偏光変換光学系１４−１，１４−２は、構成は左右対称であるがそれぞれＰＭ光ファイバから出射した直線偏光を左右円偏光に変換する機能を有している。図２，図３において、レンズの焦点距離ｆはｆ＝１．８ｍｍで、レンズと光ファイバ端面との距離を１ｍｍ、すなわち焦点からのオフセット量をレンズに近い方向へ０．８ｍｍとした。【００９５】
図４は本発明の実施の形態例としてのデフォーカスされた光ファイバ光学系としての偏光変換結合光学系で偏光変換光学系１４−１，１４−２を対向させてその間に試料としての光散乱検体４を挟んだ構造になっている。光ファイバ対向挿入損失は６０ｄＢであった。この内訳は、ファラデー回転素子（２個）分の損失が６ｄＢ、生体の散乱損失が５４ｄＢであった。なお、光源波長は７８０ｎｍを用いた。このように生体の一部を対向シングルモード光ファイバで挟んで挿入損失５４ｄＢを実現した例は本発明の発明者の知る限り前例がない。これは、図２および図３でそれぞれ偏光子９−１，９−２、ファラデー回転素子１１−１，１１−２、４分の１波長板１３−１，１３−２の各３種類の光学素子を厚さ０．５ｍｍに収納し、生体を厚さ１．５ｍｍになるように挟み、レンズ間距離を２．５ｍｍに抑えるようにしたことによる。【００９６】
図５は本発明の実施の形態例としての光ファイバ光学系としてのデフォーカスされた偏光変換結合光学系の原理説明図である。対向するＰＭ光ファイバの固有偏光軸は互いに空間的に直交し、それぞれのＰＭ光ファイバから出射される光は図５ではスロー軸モードであるが両方ともファーストモードでも構わない。これらを同一仕様の４５度ファラデー回転素子と４分の１波長板を介してそれぞれ右円偏光、左円偏光を光散乱検体４に入射させ、その出射光を再びＰＭ光ファイバのスロー軸に結合できる。このような偏光変換光学系は非相反素子であるファラデー回転素子を使用して実現することができる。なお、図５では偏光子９−１，９−２、４５度ファラデー回転素子１１−１，１１−２、４分の１波長板１３−１，１３−２を試料とレンズの間に配置しているが、光ファイバ端面とレンズの間に置く方法もある。このようにするとレンズ間に上記光部品が入らないのでレンズ間距離を短くでき、光ファイバ対向損失を低く抑えられる。【００９７】
図５のデフォーカスされた偏光変換結合光学系は従来のコリメートされた結合光学系とは使い方が異なっている。図２５に従来のコリメートされた結合光学系のもう１つの例を示す。この場合には、図２３の場合と同様に、光ファイバの先端とレンズの間の距離が各レンズの焦点距離に等しい。偏光変換光学系１４−３，１４−４より出射される平行ビーム２５はミラー２６−１，２６−２で反射される。ここで、光散乱検体４がない場合には移動ステージ２４を右側に動かしてレンズ間距離を数ｃｍ離しても結合系の損失はビームがコリメートされているので１ｄＢ以下と小さいが、光散乱検体４が挿入されると偏光変換光学系１４−３と１４−４の結合損失は１００ｄＢ以上と非常に大きくなってしまい、旋光度を測定することができない。【００９８】
本発明者が本発明をなすにあたって種々検討をした結果、光散乱検体４を対向する偏光変換結合光学系の間に挿入した状態で挿入損失を小さく抑えるには、従来の偏光変換結合光学系１４−３，１４−４のようなコリメート系ではなく、光ファイバ先端の位置をそれに対向するレンズの焦点位置からずらして、すなわちデフォーカスして、生体内で散乱した光を光路において対向して置かれたシングルモード光ファイバに結合できるようにすればよいということを見出した。従来、このような生体を挟んだシングルモード光ファイバ対向系の検討は生体内における光散乱のため解析が困難で、理論的な検討はほとんど行われていないため、実験的に検討した。【００９９】
実験から、親指と人差し指の付け根のひだ部を本発明のデフォーカスされた光ファイバ光学系としての偏光変換結合光学系１４−１と１４−２で挟んで旋光度を測定したとき、焦点距離１．８ｍｍのレンズで０．８ｍｍだけデフォーカスし、すなわち光ファイバの先端をレンズの焦点位置から０．８ｍｍだけレンズに近づけた場合と、焦点距離０．７ｍｍのレンズで光ファイバの先端をレンズの焦点位置からおよそ０．３ｍｍだけレンズから遠ざけた場合に結合損失が最も小さかった。どちらも同程度の生体挿入結合損失が得られた。この実験結果から、光ファイバの先端とそれに対応して配置するレンズの距離は、光ファイバの先端を当該レンズの焦点位置からレンズの焦点距離のおよそ半分程度の距離だけデフォーカスするのがよいという実験結果が得られた。なお、本発明において、試料が親指と人差し指の付け根のひだ部など生体の一部である場合、本発明の光ファイバ光学系の先端部を鉗子の如き挟持構造にし、生体を挟む条件を制御できるようにすると、測定精度を一層高めることができる。【０１００】
図６は、本発明の実施の形態例のデフォーカスされた光ファイバ光学系としての偏光変換結合光学系をリング光干渉系に用いた場合の生体の旋光度測定装置の構成図である。光源１７は波長が７８０ｎｍのＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）であり、その出力は第１の方向性結合器１８−１、光ファイバ型偏光子１９、第２の方向性結合器１８−２に導かれ、リングを構成するＰＭ光ファイバ１とＰＭ光ファイバ１−１に分岐され、左右両周り光が生成される。符号２０はシリンダ型ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に１ｍ程度のＰＭ光ファイバを巻き付けた光位相変調器である。リングを周回した左右両周り光は再び第２、第１の方向性結合器を経て受光器２１で電気信号に変換され、信号処理部２２によって光散乱検体４の旋光度による左右両周り光の位相差を演算で求める。信号処理部２２から光位相変調器２０に２０ＫＨｚの正弦波状の変調信号が印加される。【０１０１】
図６における信号処理は非特許文献２に記載の位相変調方式光ファイバジャイロで用いた方法を採用した。位相変調を２０ＫＨｚで変調するとリング干渉系から２０ＫＨｚの基本波の他に２倍波である４０ＫＨｚ成分および４倍波である８０ＫＨｚ成分が出力される。基本波と２倍波の強度の比よりリング光路を伝搬する左右両周り光の位相差を求める。２倍波と４倍波の比は位相変調度に比例するので一定になるように制御される。【０１０２】
図６において、リング干渉系のリング光路は、本発明の実施の形態例であるデフォーカスされた光ファイバ光学系としての偏光変換光学系１４−１，１４−２とループを構成するＰＭ光ファイバ１で構成される。図６で特筆すべき点は、光散乱検体４の内部でのみ左右両周り伝搬光がそれぞれ直交する左右円偏光で伝搬し、それ以外のＰＭ光ファイバの部分は同一のＰＭ光ファイバのスロー軸偏光モードで伝搬することである。このようにすると光散乱検体部分の左右円偏光の位相差のみを安定して測定できる。一般に、直線偏光は左右円偏光に分解され、左右円偏光の位相に２θの差が生じると偏光の向きがθだけ変化することはよく知られている。図６で光散乱検体の左右円偏光の位相差を測定できるので旋光度を測定することができる。【０１０３】
まず、図４のデフォーカスされた光ファイバ光学系としての偏光変換結合光学系を用いて厚さ１ｍｍの全血の旋光度を計測した。この実験においてはｆ＝１．８ｍｍ、ファイバとレンズのオフセットを０．９ｍｍとした。すなわち偏光変換光学系１４−１，１４−２のレンズとフェルール２−１，２−２の先端の距離を０．９ｍｍで固定した。
この実験における光干渉系の損失レベルは以下のようであった。
光源出力：１０ｍＷ（ＰＭ光ファイバ出力）
光ジャイロ（リング干渉系）損失：１０ｄＢ
血液を挟んだデフォーカスされた偏光変換結合光学系の挿入損失：４０ｄＢ
コネクタおよびスプライス損失：３ｄＢ
トータル損失：５３ｄＢ
受光電力：５０ｎＷ
ここで受光器は１００ＫＨｚ帯域幅で最小受信感度が５ｐＷのシリコンＡＰＤを用いた。このような条件で測定の平均時間１０秒で全血を伝搬する左右円偏光の位相差０．００１度を十分な信号対雑音比で測定することができた。すなわちグルコース濃度に換算すると１０ｍｇ／ｄｌに相当するノイズ幅で測定ができた。なお左右両回り光の位相の基準は検体を純水の場合の測定値とした。なお、ビーム径は０．１ｍｍ程度であるので測定に必要な血液の量は数μリットルと非常に微量でよい。【０１０４】
次に光散乱検体として親指と人差し指の付け根のひだ部を測定した。この実験においては、光源を１０６０ｎｍの出力５０ｍＷのＳＬＤを用いた。同様に、ｆ＝１．８ｍｍ、光ファイバ先端のレンズ焦点位置からのオフセット＝０．９ｍｍとした。すなわち偏光変換光学系１４−１，１４−２のレンズとフェルール２−１，２−２の先端の距離を０．９ｍｍとした。
この実験における光干渉系の損失レベルは以下のようであった。
光源出力：５０ｍＷ（ＰＭ光ファイバ出力）
光ジャイロ（リング干渉系）損失：１０ｄＢ
血液を挟んだデフォーカスされた偏光変換結合光学系の挿入損失：５５ｄＢ
（なお、波長１０６０ｎｍでは７８０ｎｍに比べてファラデー回転素子の損失が低い。）
コネクタおよびスプライス損失：５ｄＢ
トータル損失：７０ｄＢ
受光電力：５ｎＷ
この場合にも受光器は１００ＫＨｚ帯域幅で最小受信感度が５ｐＷのシリコンＡＰＤを用いた。受光系のＳ／Ｎは約３０ｄＢとれた。【０１０５】
この実験においては指のひだ部に屈折率整合剤を塗布して反射損失を抑えた。本実験においては脈拍に同期した信号の検出を行った。測定部位を光軸と直角方向にずらしながら位相差を測定した。その結果、部位によって位相差が変化するという結果を得た。これはビームが血管部分を通過する場合とそうでない場合の違いが得られたものと解釈した。実際の糖尿病患者に対する測定を繰り返すことによって血糖値と関係するデータが得られるものと考える。なお、脈拍に同期した信号検出の他にも、生体を挟む部分に周期的な押圧を与え生体の厚さを周期的に変化させ、その周期と同期する周期的な信号を検出する方式も有効と考えられる。【０１０６】
上述の実施の形態例では光源波長を７８０ｎｍや１０６０ｎｍとしたが、波長を１５５０ｎｍ帯とすることもできる。この場合にはファラデー回転素子の損失が７８０ｎｍの場合より小さくなるが、光散乱検体が生体の場合には水の吸収損失が大きくなる。また１０６０ｎｍ帯は光ファイバレーザの波長域であり、光源パワーとして１００ｍＷ以上のものが容易に適用できることやコア径が２０から３０μｍと従来のＰＭ光ファイバより格段に大きなＰＭ光ファイバが実用化されているなどのメリットがある。【０１０７】
図７は、本発明の実施の形態例で、前記の例の変形例であるデフォーカスされた光ファイバ光学系としての偏光変換光学系を反射型光干渉系に用いた場合の生体の旋光度測定装置の構成図である。光源１７は７８０ｎｍのＳＬＤであり、その出力は第１の方向性結合器１８−１、光ファイバ型偏光子１９、４５度捩じりスプライス２７−１、ＰＭ光ファイバ１−４を介して光ファイバ型偏光分離合成器２８−１に導かれる。光ファイバ型偏光分離合成器２８−１で分離された直交固有偏光モードはそれぞれＰＭ光ファイバ１−５および１−７とＰＭ光ファイバ１−６を介して第２の光ファイバ型偏光分離合成器２８−２に導かれる。符号２９−１、２９−２，２９−３はスプライスである。符号２０はシリンダ型ＰＺＴに１ｍ程度のＰＭ光ファイバを巻き付けた光位相変調器である。ＰＭ光ファイバ１−５と１−７の長さの和は１００ｍとした。符号３０は２つの光ファイバ型偏光分離合成器と光位相変調器を含んだ直交偏光モード間に伝搬時間の差を発生させる遅延光学系である。【０１０８】
光ファイバ型偏光分離合成器２８−２は第２の４５度捩じりスプライス２７−２を介してＰＭ光ファイバ１−８に導かれ２つの直交偏光モードがＰＭ光ファイバ１−８内を伝搬しレンズ３−３に導かれる。ＰＭ光ファイバ１−８から出射した振幅の等しい２つの固有偏光成分がレンズ３−３を通過し、４分の１波長板１３−３を通過し、光散乱検体４にそれぞれ右円偏光、左円偏光で入射し、該光散乱検体４を伝搬した光がファラデー回転素子１１−３を通過し、ミラー２６−３で反射し、再び該光散乱検体を逆方向に伝搬し、該４分の１波長板１３−３を通過し、レンズ３−３を通過し、該ＰＭ光ファイバ１−８に出射偏光と直交する固有偏光モードで結合するように該ファラデー回転素子１１−３と該４分の１波長板１３−３の方位を設定することができる。【０１０９】
このような反射型の旋光度測定装置の特徴は、図６のリング干渉型の旋光度測定装置に比べてファラデー回転素子や４分の１波長板が単一でよいというメリットがある。図７においてはＰＭ光ファイバ１−８を伝搬する直交偏光モードは行きと帰りで互いに直交するので、ＰＭ光ファイバ１−８の部分では位相差が発生しない。また遅延光学系３０においては、直交偏光モードは同様に往復でＰＭ光ファイバ１−５，１−７と１−６部分を１回ずつ伝搬するので、光ファイバ型偏光分離合成器２８−１で分離された直交偏光モードは光ファイバ伝送部分では同一の位相で戻ってくる。すなわちＰＭ光ファイバ１−８の先端部のデフォーカスされた偏光変換光学系の部分の光散乱検体４の旋光度による位相差のみが計測できる。光ファイバ型偏光分離合成器２８−１、偏光子１９および方向性結合器１８−１を介して受光器２１に戻ってきた直交偏光モードの位相差を測定する方法は図６の検出系と同じ位相変調方式である。【０１１０】
シングルモード光ファイバの出射光をレンズを介して血液や生体などの光散乱検体に入射させ該光散乱検体の透過光をレンズを介して効率よく対向するシングルモード光ファイバに結合するようにするために、レンズ間距離を制御できる機構を設けることにより本発明の旋光度測定精度を一層高めることができる。【０１１１】
また、本発明の実施の形態例において、試料を信号光の光路に直交する方向にスキャンする機構を設け、検出感度の良いところを見つけたり、測定する位置を選択したりするようにし、測定精度を高め、使い勝手を向上させることができる。【０１１２】
図８は、本発明の実施の形態例として、本発明のデフォーカスされた光ファイバ光学系としての偏光変換光学系を反射型光干渉系に用いた場合の生体の旋光度測定装置の変形例の構成図である。図８と図７の違いは、図８では光散乱検体の後ろにミラーを使用していないことである。すなわち図８においては光散乱検体４からの反射光を４分の１波長板１３−３、ファラデー回転素子１１−３を介してＰＭ光ファイバ１−８に再結合している。一般に右円偏光が光散乱検体で反射されると右円偏光で戻ってくるので原理的には図８の光学系では旋光度は測定できない。しかし生体などのランダムな散乱においては必ずしも往復の左右円偏光の位相差が相殺されない場合があり感度は低下するが測定が可能である。図７の測定系では光散乱検体の厚さが制限され測定部位が限定されるが図８の測定系ではセンサー部を測定対象に接触させるだけでよいのでセンサー部の構成が非常に簡単になるというメリットがある。【０１１３】
本発明の技術思想によれば、本発明の旋光度測定装置、光ファイバ光学系および旋光度測定方法に用いる先端部にレンズを配置した光ファイバ光学系は、光ファイバの端面を当該レンズの焦点位置に配置していない光ファイバ光学系を用いている。【０１１４】
周知のように、先端部にレンズを配置したシングルモード光ファイバを対向させて、一方から他方に光結合をさせる場合、各光ファイバの端面をレンズの焦点位置に配置して、対向コリメータを構成して光結合をさせるときが結合損失を最も高くすることができる。しかし、光ファイバの入射角あるいは出射角の変化に対する結合損失の増加は、図２４を用いて説明したように、たとえばビーム角度が０．３度程度ずれると結合損失が５０ｄＢ以上増大するというように、大きなものとなる。本発明の測定対象のような場合にはこの損失増大は許されない。【０１１５】
前記のように、本発明の発明者は、種々検討した結果、光ファイバの端面をレンズの焦点位置からずらして配置することによって、入出射角度にズレがない場合の損失は少し増えるが、ビームの角度依存性を大幅に緩和できることを見出した。そこで、光ファイバの端面の位置をレンズの焦点位置からレンズに近づける方向（−方向）とレンズから遠ざける方向（＋方向）について光ファイバの対向結合損失を実験的に調べた。【０１１６】
たとえば、１５５０ｎｍ用のＰＭ光ファイバの端面に焦点距離が０．７ｍｍのレンズ配置したもの一対をレンズ対向距離２ｍｍで対向させ、ファイバの端面の焦点位置からの距離（オフセット）を＋４００〜＋１０００μｍにした場合、損失は６８ｄＢと大きかった。レンズ対向距離を３ｍｍにすると、どのオフセットでも損失は８０ｄＢ以上であった。【０１１７】
レンズの焦点距離が２．７５ｍｍの場合、レンズ対向距離を２ｍｍにすると、オフセットを−２５０〜＋１２００μｍで損失が７０ｄＢと大きかった。【０１１８】
レンズの焦点距離が１．８ｍｍの場合、レンズ対向距離が２ｍｍのとき、オフセットが−２５０〜＋１２００μｍで損失が６５ｄＢと大きかった。しかし、レンズ間距離を１．５ｍｍにし、オフセットを−８００μｍにすると損失を５２ｄＢにすることができ、光ファイバ端面をレンズに接触させた状態で損失を４９ｄＢにすることができた。この場合、光ファイバ端面をレンズに接触させ、レンズの外側（光ファイバ端面を配置してある側と反対側）に偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板（円偏光でなく直線偏光を用いる場合は４分の１波長板は不要であるが）を配置することができる。【０１１９】
また、１０６０ｎｍ用のＰＭ光ファイバでコア直径が３０μｍのファイバレーザ用のダブルクラッド型光ファイバを用いて、レンズ対向距離を２ｍｍにし、最低損失３５．３ｄＢが得られレンズ間距離を３ｍｍ程度離しても損失増は小さかった。これは上記に述べたデフォーカスされた偏光変換結合光学系の挿入損失に比べて大幅な改善である。発明者は比較のためにデフォーカスされた偏光変換結合光学系にコア径が６２．６μｍの多モード光ファイバも試してみた。しかし挿入損失は４５ｄＢ以下にはならずしかもレンズ間距離を３ｍｍ程度離すと急激に損失が増加した。【０１２０】
これらの多くの実験の結果から、信号光の結合損失を低減するには、光ファイバの端面をレンズの焦点位置に配置せずに焦点位置からレンズに近い位置あるいはレンズから離れた位置に配置することが好ましいことがわかった。特に、焦点距離が０．７〜２．７５ｍｍのレンズにおいては、光ファイバの端面をレンズにできるだけ近づけることがさらに好ましい。上記の実施の形態例の検討過程で、偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板を、間隔が０．６ｍｍ以下の光ファイバ端面とレンズの間に実装し、旋光度の測定を行ったところ、高い精度で旋光度を測定することができた。【０１２１】
また、本発明のデフォーカスされた光ファイバ光学系を少なくとも２つを信号光の光路において試料を挟んで対向させた対向光ファイバ光学系においては、対向レンズ間距離を４ｍｍより大きくすると、試料を生体にした時の挿入損失が大きくなる。対向レンズ間距離を４ｍｍ以下にすることにより、前記例と同様に測定した挿入損失を５０ｄＢ以下にすることができ、旋光度に関連する光学情報の測定精度を高めることができる。さらに好ましくは、対向レンズ間距離を３ｍｍより狭くすることにより、前記例と同様に測定した挿入損失を４５ｄＢ以下にすることができ、旋光度に関連する光学情報の測定精度を大幅に高めることができる。【０１２２】
また、本発明のデフォーカスされた旋光度測定装置、デフォーカスされた光ファイバ光学系およびその光学系を用いた旋光度測定方法においては、光ファイバの先端部とレンズを固定しておくことにより、使い易く、再現性よく高精度に旋光度に関連する光学情報を測定できる。【０１２３】
以上、図を参照しながら、本発明の実施の形態例において、光ファイバ端面と出力部レンズをデフォーカス状態で配置して試料の旋光度に関連する光学情報を従来では到底期待できないほど高精度で測定できることを説明した。【０１２４】
つぎに、偏波面保存光ファイバを改善することにより試料の旋光度に関連する光学情報を極めて高い精度で測定することができる改善について詳述する。【０１２５】
本発明者は前記の検討に加えて、対向デフォーカス偏光変換光学系に使用する偏波面保存光ファイバのコア径を種々変えて生体を本発明の対向デフォーカス偏光変換光学系に挿入したときの挿入損失について実験的に検討した。その結果、現在光ファイバレーザ用に使用されている波長が１０６４ｎｍ用のコア直径が２０〜３０μｍの大コア径・低ＮＡ（ＮＡは開口数）偏波面保存光ファイバを用いるとコア直径が１０μｍの偏波面保存光ファイバを用いた場合よりも挿入損失が２０〜３０ｄＢも低くできることを見出した。【０１２６】
対向デフォーカス偏光変換光学系に使用する偏波面保存光ファイバとしてコア直径が３０μｍ、従ってＮＡ〜０．０７のファイバレーザ用のダブルクラッド型光ファイバをデフォーカス条件で用いた場合に、通常のＰＭ９８０（コア径〜７μｍ、ＮＡ〜０．２）に比べ大幅に挿入損失が低下した原因の一つは光ファイバのＮＡが小さいのでレンズで集光せずとも浅い角度で試料に入射することによって散乱損失を低く抑えられたためであると考えられる。考えられるもう一つの原因は散乱試料によって散乱された光がダブルクラッド型光ファイバの第２クラッドで全反射したモードが３０μｍのコアのシングルモードにモード結合するためではないかと考えられる。【０１２７】
しかしながら、本発明における旋光度計測は検体をリング光干渉計のリング光路中に設置するため、光源からの光を右回り光と左回り光に分岐しまた結合する光ファイバ型カプラ、すなわち２ｘ２型方向性結合器が必要である。しかし、コア直径が２０〜３０μｍの偏波面保存光ファイバ用のカプラは商用化されていない。また、本発明の旋光度計測でいわゆる位相変調方式を採用するにあたり、ある程度の長さのリングファイバが要求されるがコア直径が２０〜３０μｍの偏波面保存光ファイバは高価であるのでリング光路用には経済的でないという問題がある。【０１２８】
このような背景から本発明者は従来のコア直径が１０μｍと３０μｍの偏波面保存光ファイバのモード整合をとることを考案した。図９は本発明の実施の形態例に用いたモード整合部を説明するための図である。すなわち、第１の光ファイバとしての相対的に小コア径・高ＮＡ偏波面保存光ファイバ３１の出射部近傍すなわち端部近傍を加熱してコア部を拡大したいわゆるコア拡大光ファイバにし、このコア拡大光ファイバになった第１の光ファイバとしての小コア径・高ＮＡ偏波面保存光ファイバ３１の端部と第２の光ファイバとしての相対的に大コア径・低ＮＡ偏波面保存光ファイバ３２の端部とをモード整合部３３で接続し補強した。接続損失は約３ｄＢあったが加熱条件を最適化するとさらに低損失化することができる。図１０は本発明の実施の形態例に用いたモード整合部３４を説明するための図である。ここで、モード整合部３３とモード整合部３４は、少なくとも、前記第１の光ファイバのコア拡大光ファイバになっている端部部分とそれに接続される前記第２の光ファイバの端部部分を含んだ構成になっているが、これに狭く限定されるものではなく、多くのバリエーションを可能とするものである。その例として、前記第２の光ファイバの第１の光ファイバに接続される側の端部を、たとえば、第２の光ファイバの端部近傍を加熱して引き延ばし、第２の光ファイバの端部近傍のコア径を第１の光ファイバに接続される側に向かって漸減するように形成し、それを第１の光ファイバに接続するようにすることができる。さらに、コア拡大部分あるいはコア縮小部分は光ファイバの外形が加工時の熱により多少変形することが多いので、第１の光ファイバの端部部分をコア拡大ファイバに加工し、第２の光ファイバの端部部分をコア縮小ファイバに加工して両者の端部部分を接続することにより加工による誤差に起因する接続損失を一層低減することができる。【０１２９】
以下に詳述する本発明の基本的技術思想の一部としての前記第１の光ファイバとしての小コア径・高ＮＡ偏波面保存光ファイバ３１の端部と第２の光ファイバとしての相対的に大コア径・低ＮＡ偏波面保存光ファイバ３２の端部とをモード整合部３３で接続して用いる実施の形態例は、前記本発明の実施の形態例としてのデフォーカス偏光変換光学系において極めて大きな効果を発揮するものであるが、コリメート偏光変換光学系においても大きな効果を発揮するものである。図１１は本発明の実施の形態例に用いたモード整合部からコリメート光を作ることを説明するための図である。すなわち光ファイバ３２の端面３２ａはレンズ３５の焦点位置３６にある。なお、図１１〜図１４において符号３７を付した矢印はレンズ３５の焦点距離である。図１２は本発明の実施の形態例に用いたモード整合部からデフォーカス光を作ることを説明するための図である。この場合、光ファイバ３２の端面３２ａはレンズ３５の焦点位置３６よりもレンズ側に配置されている。【０１３０】
本発明の実施の形態例としての旋光度測定装置および偏光変換光学系ならびに旋光度測定方法においては、リング干渉計のリング光路を用い、リング光路の途中に試料を配置し、信号光の光路において試料を挟んで対向して配置される一方のリング光路途中の光ファイバ端末と他方のリング光路途中の光ファイバ端末をそれぞれ偏光変換光学系にし、前記偏光変換光学系を偏光面回転素子を用いた非相反光学系に構成している。前記偏光面回転素子としては当該偏光面回転素子の一方の側から信号光としての偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって時計回りまたは反時計回りに所定角度だけ回転させ、当該偏光面回転素子の他方の側から信号光として偏光ビームを入射させたときには当該信号光の偏光面を当該信号光の進行方向に向かって反時計回りまたは時計回りにすなわち前記一方の側から入射させた信号光の進行方向に向かって見た状態では前記一方の側から入射させた信号光の場合と同方向に所定角度だけ回転させるように作用する偏光面回転素子を用いることが好ましい。本発明の実施の形態例としての旋光度測定装置では、リング干渉計のリング光路に右回り信号光の偏光と左回り信号光の偏光を伝搬させ、以下に詳述するように、リング干渉計のリング光路の光ファイバ部分は右回り信号光の偏光と左回り信号光の偏光が同一の固有偏光モードで同じ光ファイバをそれぞれ右回り光と左回り光として伝搬させ、試料部分は互いに直交する円偏光状態でそれぞれ右回り光と左回り光として伝搬させるようにし、本発明の各構成を活用して試料の旋光度を高い精度で検出できるようにしている。【０１３１】
前記実施の形態例は、前記２つの偏光面回転素子として同一使用のものを使用した例であり、前記リング光路途中の、光路上で試料を挟んで対向配置した前記２つの光ファイバ端末の固有偏光軸が直交している場合である。前記リング光路途中の、光路上で資料を挟んで対向配置した前記２つの光ファイバ端末の固有偏光軸を平行にしても本発明の旋光度測定装置および偏光変換光学系ならびに旋光度測定方法を実現することができるが、前記本発明の実施の形態例と同様の効果を得るためには、前記２つの偏光面回転素子の偏光面回転方向を当該信号光の進行方向に向かって同一方向にする必要がある。但し、この場合には偏光面回転素子のタイプとして回転方向が互いに逆方向の２種類必要になる。【０１３２】
本発明の実施の形態例でファラデー回転素子を用いて説明した前記偏光面回転素子は非相反光学素子で、その作用は前記のごとくである。このときのファラデー回転素子は、偏光面を所定の方向に４５度回転させるファラデー回転素子である。【０１３３】
図１３は本発明の実施の形態例に用いたモード整合部からコリメート円偏光を作ることを示した図である。図１３で光ファイバ３２の端面３２ａはレンズ３５の焦点位置３６にある。図１３で符号４１はモード整合部を含む偏光変換コリメータ光学系を示す。図１４は本発明の実施の形態例に用いたモード整合部からデフォーカス円偏光を作ることを示した図である。図１４で光ファイバ３２の端面３２ａはレンズ３５の焦点位置３６よりレンズ側にある。図１３で、モード整合部３４のピグテールである大コア径・低ＮＡ偏波面保存光ファイバ３２の直線偏光出射光が、信号光として、レンズ３５でコリメートされ、順に偏光子３８、偏光面回転素子としてのファラデー素子３９、４分の１波長板４０を介し円偏光化される。図１４で、符号４２はモード整合部を含むデフォーカス偏光変換光学系を表している。図１４においては偏光子３８、ファラデー素子３９、４分の１波長板４０がレンズ３５と光ファイバ３２の端面３２ａとの間にあるが、図１３のコリメート光学系の場合のようにレンズ３５の後ろすなわち図１４の偏光子３８、ファラデー素子３９、４分の１波長板４０をレンズ３５の光ファイバ３２の端面３２ａと反対側に配置してもよい。【０１３４】
図１５は本発明の実施の形態例に用いたモード整合部を含む円偏光コリメータから出射されるビームを概念的に示した図、図１６は本発明の実施の形態例に用いたモード整合部を含む円偏光デフォーカス光学系から出射されるビームを概念的に示した図である。【０１３５】
図１５では、モード整合部を含む偏光変換コリメータ（モード整合偏光変換コリメータ）４１から出射されるビーム４３は平行ビームであるコリメート円偏光でその進行方向に配置されている試料（図示せず）に入射するようになっており、図１６では、モード整合部を含むデフォーカス偏光変換光学系（モード整合デフォーカス偏光変換光学系）４２から出射されるビーム４４は発散ビームであるデフォーカス円偏光でその進行方向に配置されている試料（図示せず）に入射するようになっている。【０１３６】
図１７は本発明の実施の形態例としての、対向モード整合偏光変換コリメータに試料４５を挿入した光学系である。図１８は本発明の実施の形態例としての、対向モード整合デフォーカス偏光変換光学系に試料４５を挿入した光学系である。【０１３７】
試料４５が通常の散乱損失の低い水溶液のような場合には、図１７の対向コリメータの方が挿入損失は小さい。しかし試料４５が生体のような光散乱体の場合には、本発明者が種々実験を行った結果、図１７の対向コリメータ系よりも図１８のデフォーカス対向光学系の方が挿入損失が約１０００倍（３０ｄＢ）小さかった。この実験結果を説明できるシミュレーション手法は商用化されていなかった。実験の結果、図１４の光学系で偏光子３８、ファラデー素子３９、４分の１波長板４０をできるだけ薄く作り光ファイバの端面に接近させ、かつ、レンズ３５に接近させた場合に最も低い挿入損失３０ｄＢを得ることができた。なお後述する光干渉計のリング光路中に置かれる図１８のモード整合部を含む対向デフォーカス偏光変換光学系４２−１，４２−２から生体に向かってそれぞれ互いに直交する円偏光が入射し、それぞれ両方向に伝搬する直交円偏光が試料４５を伝搬した後、対向するデフォーカス偏光変換光学系を経て対向する偏波面保存光ファイバに入射直線偏光と同じ偏光軸に結合するように、対向する偏波面保存光ファイバの固有偏光軸方位と対向する偏光子３８、ファラデー素子３９および４分の１波長板の固有偏光軸方位を調整した。【０１３８】
図１９は本発明の実施の形態例としての、モード整合部を含むデフォーカス偏光変換光学系４２−１，４２−２を用いて光散乱検体に信号光を斜めから照射する結合光学系を説明するための図である。図１９は図１８の透過系に対する反射系である。符号４６は石英ガラス板、４７は４分の１波長板である。一般に生体表面または生体内で反射した光の位相は反転するので、位相板がないと生体に対し入射光と反射光はそれぞれ直交円偏光となって位相差がキャンセルされ生体の旋光性による位相差が計測できない。位相板を生体（この場合には一種のミラー）と入射光の間に置くことにより入射光と同一の円偏光が反射されるので、偏光状態を含めてモード整合部を含むデフォーカス光学系４２−１と４２−２の結合がとれる。なお、図１９の測定系は金属板を用いておらず従来のＳＰＲ（表面プラズモン共鳴）とは原理が異なるものである。【０１３９】
図２０は図１８に示した本発明の実施の形態例としての、モード整合部を含む対向デフォーカス偏光変換光学系で光散乱検体を挟んだ結合光学系を光リング干渉計の小コア径高ＮＡ偏波面保存光ファイバ５１−１，５１−２を含むリング光路内に設置し、試料としての光散乱検体４５の表面および内部からの散乱光・反射光の旋光度を測定する本発明の実施の形態例としての旋光度測定装置の主要部５８の構成図である。【０１４０】
光源４８は波長が１０６０ｎｍのＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）であり、その出力は第１の方向性結合器（カプラ）４９−１、光ファイバ型偏光子５０、第２の方向性結合器（カプラ）４９−２に導かれ、第２のカプラ４９−２でリング光路を構成する小コア径高ＮＡ偏波面保存光ファイバ５１−１と小コア径高ＮＡ偏波面保存光ファイバ５１−２に分岐され、それぞれリング光路を伝搬する左右両周り直線偏光５３−１，５３−２が生成される。符号５２はシリンダ型ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子に１ｍ程度の小コア径高ＮＡ偏波面保存光ファイバ５１−１を巻き付けた光位相変調器である。リング光路を周回した左右両周り光はスプライス５４−１，５４−２でそれぞれモード整合部を含むデフォーカス偏光変換光学系４２−１，４２−２と接続される。試料４５で散乱、反射された光は対向するデフォーカス偏光変換光学系４２−１，４２−２を伝搬し再び第２のカプラ４９−２、偏光子５０、第１のカプラ４９−１を経て受光器５５で電気信号に変換され、信号処理部５６によって光散乱検体４５の旋光度による左右両周り光の位相差を演算で求める。信号処理部５６から光位相変調器５２に２０ＫＨｚの正弦波状の変調信号５７が印加される。直線偏光５３−１，５３−２の方向は、光ファイバを光軸の回りに回転させて、試料に入射する左右両偏光の偏光方向を直交するようにできる。【０１４１】
図２０における信号処理は非特許文献２に記載の位相変調方式光ファイバジャイロで用いた方法を採用した。位相変調図６の場合と同様である。【０１４２】
図２０において、リング干渉計のリング光路は、主としてループの大半を占める偏波面保存光ファイバ５１−１、５１−２と本発明の実施の形態例説明したデフォーカス偏光変換光学系４２−１，４２−２と光散乱検体４５で構成される。図２０で特筆すべき点は、前期実施の形態例の説明からもわかるように、光散乱検体４５の部分でのみ左右両周り伝搬光がそれぞれ直交する左右円偏光で伝搬し、それ以外の各偏波面保存光ファイバの部分は偏波面保存光ファイバの同一の固有偏光モードで伝搬することである。このようにすると光散乱検体部分の左右円偏光の位相差のみを安定に測定できる。一般に、直線偏光は左右円偏光に分解され、左右円偏光の位相に２θの差が生じると偏光の向きがθだけ変化することが知られている。図２０では光散乱検体４５の左右円偏光の位相差を測定できるのでその旋光度を測定することができる。【０１４３】
次に試料としての散乱検体４５が指のひだ部である場合の実験結果について述べる。被検者の皮膚の厚さは約１．５ｍｍであった。この部分の両端に偏波面保存光ファイバを置いて生体を挟んで光結合をとると、図１７の対向コリメータの場合には挿入損失が６５ｄＢ程度あった。しかし、大コア径・低ＮＡ光ファイバをレンズ３５にできるだけ接近させた図１８のデフォーカスした対向コリメータの場合には３５ｄＢとなり、前記例よりも３０ｄＢも低かった。この実験における光干渉系の損失レベルは以下のようであった。
光源出力：１０ｍＷ（偏波面保存光ファイバ出力）
光ジャイロ（リング干渉系）損失：１０ｄＢ
生体を挟んだデフォーカスされた偏光変換結合光学系の挿入損失：３４ｄＢ
モード整合部損失：６ｄＢ（２か所）
コネクタおよびスプライス損失：３ｄＢ
トータル損失：５３ｄＢ
受光電力：５０ｎＷ
ここで受光器は１００ＫＨｚ帯域幅で最小受信感度が５ｐＷのシリコンＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を用いた。この実験ではコア径３０μｍの大コア径・低ＮＡ偏波面保存光ファイバを焦点からできるだけレンズに接近させた。このような条件で測定の平均時間を１０秒とし、指のひだ部を伝搬する左右円偏光の位相差を十分な信号対雑音比で測定することができた。【０１４４】
この実験においては指のひだ部に屈折率整合剤を塗布して反射損失を抑えた。本実験においては脈拍に同期した信号の検出を行った。測定部位を光軸と直角方向にずらしながら位相差を測定した。その結果、部位によって位相差が変化するという結果を得た。これはビームが血管部分を通過する場合とそうでない場合の違いが得られたものと解釈した。実際の糖尿病患者に対する測定を繰り返すことによって血糖値と関係するデータが得られる。なお、本発明においては、脈拍に同期した信号検出の他にも、生体を挟む部分に周期的な押圧を与えて生体の厚さを周期的に変化させ、その周期と同期する周期的な信号を検出する方式も有効である。なお、測定対象の部位近傍に本発明に記載の旋光度測定用の偏波面保存光ファイバと並列に多モード光ファイバを配置し、その挿入損失の変動を測定することによって脈拍を測定することができる。【０１４５】
図２１は本発明の実施の形態例としての、モード整合対向デフォーカス偏光変換光学系を用いて試料としての光散乱検体４５に信号光を斜めから照射する図１９に示した結合光学系を光リング干渉計のリング光路内に設置し光散乱検体の表面を伝搬する光の旋光度を測定する旋光度測定装置の主要部５９の構成図である。この場合には、試料４５を配置する前に、あらかじめ検体部にミラーを置きデフォーカス偏光変換光学系４２−１、４２−２の間の結合が必要な精度でとれるように軸合わせを行った。その後、指を４分の１波長板４７の上に置いて生体からの反射光および散乱光に含まれる旋光度を測定した。実際には４分の１波長板４７と指の間に屈折率整合剤を用いた。【０１４６】
この実験でも測定部位を４分の１波長板４７の平面上でずらしながら位相差を測定した。その結果、部位によって位相差が変化するという結果を得た。これはビームが血管部分を通過する場合とそうでない場合の違いが得られたものと解釈した。実際の糖尿病患者に対する測定を繰り返すことによって血糖値と関係するデータを作成し、測定データとたとえば血糖値との対応テーブルを作成しておき、たとえば信号処理回路５６の記憶部分に入力しておき、測定結果の表示を行うように構成することができる。【０１４７】
本発明の実施の好ましい形態例は、前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバの少なくとも１つは先端部に出力部レンズが配置されていて、出力部レンズを有するシングルモード光ファイバの端面の少なくとも１つは、当該出力部レンズの焦点位置にない光学系であるデフォーカス偏光変換光学系を構成していることを特徴としている。そして、特に好ましい例では、前記一方のシングルモード光ファイバと他方のシングルモード光ファイバのそれぞれが先端部に出力部レンズが配置されていて、出力部レンズを有するシングルモード光ファイバの端面が当該出力部レンズの焦点位置にない光学系であるデフォーカス偏光変換光学系を構成していることを特徴としている。【０１４８】
図２２は本発明の実施の形態例としての旋光度測定装置の主要部５８における測定方法を説明する図で、デフォーカス偏光変換光学系４２−１から出射されるビームが測定対象４５のどの部分に照射されているかを観測する方法の例を説明する図である。すなわち、実際の測定においては、図２２の第２カプラ４９−２のもう一つの入射端から可視レーザとしてのＨｅＮｅレーザ６０からのレーザ光を入射し、測定対象４５の前にハーフミラー６１を置いて、顕微鏡６２でデフォーカス偏光変換光学系４２−１から出射されるビームが測定対象４５のどの部分に照射されているかを観測した。試料４５が生体の場合には透過オイルを塗布することによって血管部分を観測できた。旋光度を測定するときにはＨｅＮｅレーザはオフにし、顕微鏡とハーフミラーを取り除いて測定した。これによって、旋光度と生体の血管の位置関係が明確になった。【０１４９】
以上、本発明のデフォーカスされた旋光度測定装置、デフォーカス偏光変換光学系およびその光学系を用いた旋光度測定方法を説明したが、本発明の実施の形態例の前記各構成は、それぞれ単独で本発明のデフォーカスされた旋光度測定装置、デフォーカス偏光変換光学系およびその光学系を用いた旋光度測定方法に用いても本発明の効果を発揮することができ、種々組み合わせて本発明を構成しても本発明の効果を発揮することができるものであるのみならず、本発明はこれに狭く限定されるものでなく、本発明の技術思想に基づいて多くのバリエーションを可能とするものである。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
以上説明したように、本発明によってこれまで実現されていなかった無侵襲の血糖値測定が可能になる。その結果糖尿病患者を１日に数回の採血の煩わしさから解放することができ、また本発明の血糖値測定器を予防保全的に活用することにより現在世界的に増加している糖尿病患者数を減らすことができ、その治療に必要な費用を大幅に低減できる。そして、本発明は、医療分野、介護分野で活用できるのみならず、健康機器分野、医薬品分野、食品分野、農業分野など広い分野で利用できるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年11月21日(2012.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において旋光測定用試料を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を前記試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を前記先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させるとともに、前記先端部にレンズが配置されている前記他方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を前記試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を前記先端部にレンズが配置されている前記一方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光特性に関連する光学情報を測定することができるデフォーカスされた旋光測定装置であって、
前記試料の旋光測定状態で、前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面の少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの出力部レンズの焦点位置にないデフォーカスされた光ファイバ光学系を形成していることを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、前記シングルモード光ファイバの先端部と当該光ファイバの出力部レンズとが相互に固定されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方の前記試料に近い側を、モード整合部としてのコア拡大処理をしたファイバを用いて前記試料から遠い部分よりも大コア径で低開口数の光ファイバにしたことを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面が、当該光ファイバの出力部レンズの焦点位置よりも当該出力部レンズから離れた位置にあることを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの端面と試料の間にファラデー回転素子と４分の１波長板と偏光子が配置されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバが偏波面保存光ファイバであり、前記試料と前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記偏波面保存光ファイバとでリング光干渉系のリング光路の少なくとも一部が構成されており、前記双方の各偏波面保存光ファイバから同一の固有偏光モードの信号光が出射し、前記試料に前記信号光が前記試料の一方の入射側からは右円偏光又は左円偏光として入射し前記試料の他方の入射側からは左円偏光又は右円偏光として入射し、前記試料の位置においては前記試料の一方の側から入射する右円偏光又は左円偏光と前記試料の他方の側から入射する左円偏光又は右円偏光とは互いに直交しており、前記信号光が前記試料に入射して後、それぞれ光路上の前記偏波面保存光ファイバに前記固有偏光モードと等しい偏光モードで結合するように前記信号光の偏光方位が設定されており、前記リング光路を両方向に伝搬する信号光の前記試料に起因して生じる位相差を測定することによって前記試料の旋光特性を測定することができることを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、光路と直角方向に前記試料をスキャンできる機構を有することを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、前記試料が生体の一部であり、前記旋光測定装置は前記試料の旋光特性に関連する光学情報を測定するのに、前記信号光の位相差の検出手段の一部として、生体の脈拍または測定部位の厚みなどの当該生体の一部の寸法を周期的に変化させるように与えた信号と同期させて前記位相差を検出する手段を有していることを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、前記試料が生体の一部であり、前記旋光測定装置は前記試料の旋光特性に関連する光学情報を測定する部分を挟む測定端子部を有するとともに前記光ファイバの前記先端部が前記測定端子部に保持されていることを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、前記一方のシングルモード光ファイバの出力部レンズと前記他方のシングルモード光ファイバの出力部レンズとの間の距離を変更することができるレンズ間距離調整手段を有することを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項１１】
請求項３〜１０のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、前記モード整合部にコア拡大ファイバとコア縮小ファイバの少なくとも一方が用いられていることを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項１２】
請求項５〜１１のいずれか１項に記載のデフォーカスされた旋光測定装置において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向配置された前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板と前記出力部レンズとを光ファイバ端部に配置したデフォーカスされた光ファイバ光学系の双方が前記試料の信号光入射面の同一側にあるとともに前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記試料の間に４分の１波長板を配置したことを特徴とするデフォーカスされた旋光測定装置。
【請求項１３】
先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において旋光測定用試料を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を前記試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を前記先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させるとともに、前記先端部にレンズが配置されている前記他方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を前記試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を前記先端部にレンズが配置されている前記一方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光特性に関連する光学情報を測定することができる旋光測定装置であって、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方の前記試料に近い側を、モード整合部としてのコア拡大処理をしたファイバを用いて前記試料から遠い部分よりも大コア径で低開口数の光ファイバにしたことを特徴とする旋光測定装置。
【請求項１４】
先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において旋光測定用試料を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を前記試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を前記先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させるとともに、前記先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を前記試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を前記先端部にレンズが配置されている前記一方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光特性に関連する光学情報を測定することができる旋光測定システムに用いることができるデフォーカスされた光ファイバ光学系であって、
前記試料の旋光測定状態で、前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面の少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの出力部レンズの焦点位置にないように構成したことを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項１５】
請求項１４に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの一方に用いることができるシングルモード光ファイバの前記試料に近い側を、モード整合部を用いて前記試料から遠い部分よりも大コア径で低開口数の光ファイバにしたことを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバが偏波面保存光ファイバであり、前記各光ファイバ先端部と試料の間に偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板が配置されており、前記双方の各偏波面保存光ファイバから同一の固有偏光モードの信号光が出射し、前記試料の位置においては前記試料の一方の側から入射する右円偏光または左円偏光と前記試料の他方の側から入射する左円偏光または右円偏光とは互いに直交しており、前記信号光が前記試料に入射して後、それぞれ光路上の偏波面保存光ファイバに前記固有偏光モードと等しい偏光モードで結合するように前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板の方位と前記偏波面保存光ファイバの固有偏光方位が設定されていることを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のデフォーカスされた光ファイバ光学系において、信号光の光路において前記試料を挟んで対向配置された前記偏光子と前記ファラデー回転素子と前記４分の１波長板と前記出力部レンズとを光ファイバ端部に配置したデフォーカスされた光ファイバ光学系の双方が前記試料の信号光入射面の同一側にあるとともに前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記試料の間に４分の１波長板を配置したことを特徴とするデフォーカスされた光ファイバ光学系。
【請求項１８】
先端部にレンズが配置されているシングルモード光ファイバを信号光の光路において旋光測定用検体（以下、試料という）を挟んで対向配置し、前記先端部にレンズが配置されている一方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を前記試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を前記先端部にレンズが配置されている他方のシングルモード光ファイバの端面に入射させるとともに、前記先端部にレンズが配置されている前記他方のシングルモード光ファイバの端面から出射される信号光を前記試料に入射させ、前記試料を透過した信号光及び／又は前記試料によって反射された信号光を前記先端部にレンズが配置されている前記一方のシングルモード光ファイバの端面に入射させて前記試料の旋光特性に関連する光学情報を測定するデフォーカスされた旋光測定方法であって、
前記試料の旋光測定状態で、前記一方のシングルモード光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズ（以下、前記光ファイバの前記試料に入射させる信号光の出力部及び／又は前記試料からの信号光の入力部に配置されているレンズを単に出力部レンズという）と前記他方のシングルモード光ファイバの前記試料からの信号光の入力部及び／又は前記試料に入射させる信号光の出力部に配置されている出力部レンズは前記信号光の光路に配置されており、前記一方のシングルモード光ファイバの端面と前記他方のシングルモード光ファイバの端面の少なくとも一方は、当該シングルモード光ファイバの出力部レンズの焦点位置にないデフォーカスされた光ファイバ光学系を形成する工程と、
前記一方のシングルモード光ファイバと前記他方のシングルモード光ファイバの少なくとも一方の前記試料に近い側を、モード整合部を用いて前記試料から遠い部分よりも大コア径で低開口数の光ファイバにする工程とを有することを特徴とするデフォーカスされた旋光測定方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載のデフォーカスされた旋光測定方法において、光路と直角方向に前記試料をスキャンする工程を有することを特徴とするデフォーカスされた旋光測定方法。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載のデフォーカスされた旋光測定方法において、信号光の光路において、前記試料を挟んで対向配置された偏光子とファラデー回転素子と４分の１波長板と前記出力部レンズとを光ファイバ端部に配置したデフォーカスされた光ファイバ光学系の双方が前記試料の信号光入射面の同一側にあるとともに前記デフォーカスされた光ファイバ光学系と前記試料の間に４分の１波長板を配置する工程を有することを特徴とするデフォーカスされた旋光測定方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、採血した血液、血清、生体などの旋光測定用検体としての光散乱検体のデフォーカスされた旋光測定装置、旋光測定システムに用いることができるデフォーカスされた光ファイバ光学系およびデフォーカスされた光ファイバ光学系を用いた旋光測定方法に関するもので、さらに具体的には、旋光測定用検体の糖質の濃度を測定することができ、人の血液、指、耳、皮膚などにレーザ光を照射し、その透過光および／または反射光を測定して旋光測定用検体の糖質成分濃度を高い測定精度で測定できるデフォーカスされた旋光測定装置、デフォーカスされた光ファイバ光学系およびデフォーカスされた光ファイバ光学系を用いた旋光測定方法に関する発明である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
以上述べたように現在までに採血した血液や生体のグルコース濃度を高精度に測定する光学的な測定装置は実用化されていない。本発明は以上のような状況に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、採血した血液や生体のグルコース濃度を、試薬に頼らずに、医療現場で実際に使用できるような高い精度でリアルタイムに測定することができる、さらに、無侵襲で生体のグルコース濃度を高い精度で測定することができかつ、使い易い旋光測定装置、旋光測定システムおよびそれに用いることができる新規な偏光変換光学系とそれを用いた旋光測定方法を提供することである。
【国際調査報告】
2011145652.tif 000028
2011145652.tif 000029
2011145652.tif 000030
2011145652.tif 000031
2011145652.tif 000032
2011145652.tif 000033